Cada parada de produção não planeada, mesmo de máquinas individuais, causa um esforço adicional, custos mais altos e menor produtividade. O monitoramento contínuo, baseado em dados e nas melhores condições possíveis é uma base essencial para a máxima disponibilidade de máquinas e instalações.
Monitoramento da máquina
Um caso de uso essencial aqui é o monitoramento contínuo da máquina. O objetivo é utilizar dados relevantes, como corrente, temperatura ou vibração, para detectar anomalias na operação em curso numa fase precoce, de preferência para poder classificar estas anomalias e detectar possíveis erros com antecedência. Isso geralmente envolve sinais de desgaste e rutura, que são detectados precocemente e de forma confiável usando lógica analítica baseada na programação da máquina. Isso dá-nos oportunidade de planear intervenções de serviço e manutenção em tempo útil, para disponibilidade máxima a um custo mínimo.
Monitoramento de processos
Outro caso de uso essencial é o monitoramento contínuo dos processos. O objetivo é detectar desvios em relação aos parâmetros dos processos numa fase precoce e poder intervir no processo, se necessário. Com base na solução de controle existente e nos dados que geralmente já estão disponíveis, é novamente usada uma solução de programação da máquina baseada em modelo para detectar anomalias e classificá-las na medida do possível. Quando a automação baseada em regras atinge seus limites, a ML ativa perspectivas completamente novas sobre estados de processos antes desconhecidos. Isso resulta na capacidade de intervir no processo mais cedo e de uma forma mais direcionada.
Com base no monitoramento contínuo das condições das máquinas e instalações, surgem vários casos de uso que prestam atenção ao objetivo da disponibilidade máxima das instalações, o que por sua vez é a chave para a produção económica. Em última análise, a condição das instalações é sempre conhecida, o que dá uma segurança máxima às pessoas responsáveis pelo processo. Além disso, os erros ou as anomalias nos dados da máquina podem ser detectados numa fase inicial, podendo ser tomadas as medidas necessárias antes de ocorrer a avaria ou mesmo a falha do sistema.
Um exemplo de aplicação é o monitoramento automático de correias transportadoras de alta velocidade em intralogística. Uma das tarefas é monitorizar e prever o alongamento dos elementos da cadeia transportadora, dependendo de vários fatores influenciadores, como velocidade, carregamento, tempo de funcionamento ou temperatura. Isto envolve a identificação precoce de áreas individuais danificadas da cadeia. Isso também leva a uma ilustração ou garantia do conhecimento dos técnicos de serviço sobre a condição do sistema e, portanto, também a uma transformação do monitoramento contínuo do sistema com base em dados. As vantagens específicas do monitoramento automatizado são uma redução nos custos de serviço e manutenção, bem como uma maior disponibilidade e, portanto, produtividade do sistema. Com vista a novos modelos de negócio é possível, por exemplo, a venda da disponibilidade em forma de novos ou alargados acordos do nível de serviço (SLA). Afinal, esses serviços lloT geram novas funcionalidades perceptíveis para os clientes finais e uma correspondentemente maior fidelidade do cliente.
Outra aplicação é o monitoramento automatizado de ventiladores em um pavilhão de produção de galvanoplastia. Na galvanoplastia, a ventilação é um processo crítico para a produção. Por exemplo, é produzido oxigénio gasoso, o que representa um risco de explosão em concentrações críticas. As substâncias ácidas podem também provocar a corrosão do equipamento. Há também uma responsabilidade no domínio da saúde e da segurança no trabalho e da saúde dos trabalhadores. A tarefa é monitorizar continuamente os ventiladores usando sensores inteligentes e a análise de dados baseada em ML. O caminho a seguir é o da manutenção preventiva, baseada em regras para uma manutenção baseada nas condições. Isso resulta em uma minimização dos tempos de inatividade da produção não planeados e uma redução dos custos de manutenção. A primeira vantagem desta solução de ponta a ponta exemplar para aplicações de campo aberto é o monitoramento automatizado contínuo das condições Esta é a base para reduzir ou minimizar inspeções, manutenções e reparações. Neste caso específico, foi possível mudar de uma inspeção mensal dos ventiladores com um passeio no telhado de galvanoplastia para uma inspeção semestral. Os tempos de inatividade não planeados poderiam ser reduzidos e a disponibilidade das instalações aumentada. Um caso de uso IoT com vantagens específicas.
Com base nos dados do processo e respetiva avaliação usando tecnologias ML, é possível, em muitos casos, tirar conclusões sobre a qualidade dos produtos fabricados. Com base em parâmetros de processo selecionados, padrões baseados em ML podem ser reconhecidos que podem ser atribuídos a um estado de processo específico. A partir daí, é possível monitorizar intervalos de tolerância, por exemplo, e reconhece-se em um estágio inicial quando as tolerâncias estão ou estarão fora da linha no sentido de uma previsão.
A análise inteligente de dados ajuda Grenzebach a obter a garantia de qualidade em tempo real e a manutenção preventiva de máquinas para seus inovadores sistemas de soldagem por fricção. Desta forma, os especialistas em construção de máquinas e sistemas contribuem para elevar a produção de série 24/7 a um novo nível completamente novo.
Um pino de atrito rotativo é a ferramenta central com soldagem por fricção (FSW), o inovador processo de soldagem por costura que Grenzebach desenvolveu para metais leves, como alumínio e suas ligas. Através do atrito e da pressão, o pino gera o calor do processo necessário para tornar o metal maleável, que é então agitado ao longo do ponto de contacto pela ação rotativa do pino de atrito. Sem a necessidade de adição de fio de solda ou gás inerte, isso cria uma junta sólida caracterizada por sua estabilidade a longo prazo e sua resistência à distorção. Um requisito para esse resultado é que o pino de atrito se comporte como esperado. Forças precisas de tensão e pressão são fundamentais para alcançar o grau correto de deformação do metal. Até agora, o controlo de qualidade era realizado pelo operador da máquina que inspecionava visualmente a costura da solda após o processo FSW - um procedimento demorado cujo sucesso também dependia fortemente do know-how pessoal do utilizador.
Monitoramento em tempo real durante o processo de soldagem
O desenvolvedor de tecnologias Dr. Carlos Paiz Gatica explica como funciona a deteção de anomalias: A comparação do modelo de referência e do processo de corrente permite uma avaliação da qualidade em tempo real. Como pioneira no campo da Industry 4.0, Grenzebach faz hoje uso de processos de análise de dados inteligentes que ativam previsões precisas. E para este fim, usam uma solução adaptada Industrial Analytics da Weidmüller.
Nosso software de análise, que foi adaptado para atender às necessidades de Grenzebach, compara as forças registadas nos sensores durante o processo de soldagem com um registo de dados de referência ideal. Assim que o sistema detectar um desvio que esteja fora dos parâmetros definidos, o operador da máquina será notificado e saberá imediatamente que algo não está certo com o processo de soldagem. A inspeção manual de cada costura de solda deixa, assim, de ser necessária
Para determinar o modelo de referência, a Weidmüller trabalhou em conjunto com os engenheiros da Grenzebach para avaliar os conjuntos de dados de várias centenas de costuras de solda para sua relevância e avaliou-os usando métodos inteligentes de análise de dados. Um elemento significativo das análises foi possibilitado pelo know-how proveniente de Grenzebach. O software da Weidmüller pode muito bem ser capaz de prever uma falha com um certo grau de probabilidade, mas para fazê-lo precisa sempre ter sido classificado antecipadamente. Apenas Grenzebach pode determinar se uma anomalia deve realmente ser classificada como um erro crítico ou não.
Qualidade do produto e disponibilidade na oferta
Além de realizar verificações do controlo de qualidade nas juntas de soldagem, o software de análise também regista os parâmetros de processo de cada peça que é produzida, produzindo assim documentação completa. Trata-se de uma vantagem significativa, não só do ponto de vista jurídico, mas também em termos de rastreabilidade e reprodutibilidade. O sistema também fornece um aviso oportuno, se for aconselhável substituir o pino de soldagem. Na posse desta informação, o operador da máquina pode planear o cronograma da manutenção, de modo a evitar qualquer tempo de inatividade.
"Ao lado da minimização dos resíduos, que podem resultar de uma quebra de ferramenta, um fator importante, particularmente na construção de máquinas e sistemas, é a disponibilidade das máquinas", enfatiza Kress.
Os especialistas de alta tecnologia na Grenzebach veem ainda várias outras vantagens em relação ao seu modelo de negócios: "Em primeiro lugar, podemos oferecer aos nossos clientes controlo de qualidade muito preciso e quantificável, bem como dar-lhes uma previsão sobre o possível tempo de inatividade dos equipamentos, permitindo a poupança de recursos e custos. Ao mesmo tempo, estamos em posição de implementar serviços orientados por dados e usar efetivamente a qualidade do produto ou a disponibilidade do equipamento como argumentos de venda", explica Michael Sieren, Gerente de Vendas da FSW em Grenzebach.
O monitoramento das condições resulta diretamente no benefício concreto de otimizar o serviço e a manutenção de máquinas e sistemas. No futuro, o serviço e a manutenção deixarão de ser preventivos ou reativos, mas antes baseados na condição. Como fabricante de máquinas, podem ser desenvolvidos novos modelos de negócio a partir daqui, por exemplo, a oferta de novos acordos de nível de serviço (SLA) com base na informação precoce sobre o estado da máquina e, correspondentemente, tempos de resposta mais rápidos ou como um serviço preventivo antes que ocorra uma avaria. Na qualidade de operador, a necessidade de serviço e manutenção pode ser identificada em um estágio inicial usando a função de análise integrada. Isto permite planear as operações necessárias numa fase inicial, minimizar tempos de inatividade não planeados, reduzir os custos de pessoal e otimizar a gestão de peças sobresselentes.
Para descobrir erros e anomalias operacionais antes que ocorram, o fabricante dos compressores Boge implementa o software da Weidmüller para uma manutenção preventiva.
O início do projeto conjunto com a Weidmüller para a manutenção preventiva de compressores remonta a outubro de 2016. "Primeiro realizamos um estudo de viabilidade sobre se o software da Weidmüller foi adequado para detectar falhas relevantes", explica Georg Jager, líder da equipa de turbomateriais da Boge. "Agora está claro que os status anormais e os padrões de erro são detectados com fiabilidade absoluta graças à solução analítica personalizada", continua Jager. Antes que isso pudesse acontecer, os especialistas da Weidmüller realizaram uma análise de dados elaborada. Com base nos resultados, foi desenvolvida uma solução analítica individual para os requisitos do novo produto superior da Boge, o turbocompressor de alta velocidade (HST). A tarefa foi claramente formulada: Quais dados são relevantes para prever danos específicos ao compressor?
Seleção e avaliação de dados específicos
O compressor de alta velocidade Turbo (HST) da Boge opera absolutamente sem óleo e define novos padrões no fabrico de ar comprimido sem óleo. Na criação do compressor, o objetivo era a eficiência máxima em termos de operação e manutenção. Os compressores são acionados por um motor magnético permanente com alta densidade de energia. Uma característica especial do compressor HST da BOGE é um eixo de transmissão integrado suportado por ar - o pré-requisito para velocidades extremamente altas muito além de 100.000 rotações. O eixo aciona um impulsor de titânio, que juntamente com uma construção de caixa especial garante a geração extremamente eficaz de ar comprimido. Todos os dados eram provenientes de componentes tecnológicos de medição que já estavam presentes no compressor, de modo que não foi necessário equipar nenhum sensor.
Para se poder avaliar os valores determinados, os cientistas de dados da equipa de Industrial Analytics da Weidmüller examinaram todos os dados usando métodos estatísticos, avaliaram a qualidade real dos dados e decidiram sobre sua relevância junto com Boge. Neste momento, era necessário um know-how específico sobre o sistema de ar comprimido; a avaliação incluiu uma vasta experiência operacional com base em todas as máquinas no terreno. Os especialistas da Weidmüller ordenaram os dados radicalmente, de modo que, no final, permaneceram significativamente menos origens de dados. A equipa também precisava ganhar experiência sobre como os valores de medição se correlacionam entre si.
Durante as avaliações, tornou-se claro que não é o valor individual que importa, mas o padrão dos dados. Isso cria um complexo modelo de dados de normalidade que pode ser usado para prever com precisão o evento de dano se os valores forem diferentes do modelo programado de uma certa maneira. É igualmente importante que este sistema seja continuamente aprendido. Ele muda a cada nova mensagem de erro e com base no feedback do operador. A solução analítica é projetada para aprender com situações desconhecidas - assim, as previsões calculadas tornam-se cada vez mais precisas ao longo de todo o tempo operacional do compressor.
Prever - e evitar - danos ao minuto
O utilizador tira proveito de um software altamente eficaz, que dá informação sobre quantos minutos ou horas levará até que um problema técnico ocorra na máquina. O uso continuado do compressor determina se este valor resiste ou não. Se o cenário de utilização mudar e conseguir evitar danos na máquina, aumenta a "vida restante" exibida.
Despreocupado com seletair
Em cada caso, é possível evitar danos significativos na tecnologia, se os utilizadores reagirem em tempo útil e organizarem uma visita de serviço ou um intervalo de manutenção. É aqui que tudo se reúne para a BOGE, já que todo o pacote de serviços do especialista em ar comprimido se baseia no princípio da "segurança primeiro". Todos os esforços são feitos para garantir que a máquina fique parada o mínimo tempo e o mais breve possível durante o seu ciclo de vida. Não são mais necessários investimentos em sistemas redundantes. "Para alcançar essa meta, estamos dando passos inovadores e realizando um trabalho pioneiro na área de serviços", explica Georg Jager, da BOGE. O resultado é o conceito de serviço Boge seletcair. Além do software analítico, ele inclui o monitoramento remoto de Boge airstatus, que é integrado em todas as máquinas no local, bem como a "recuperação 24 horas". Desta forma, Boge garantia que uma máquina volte a estar operacional o mais tardar após 24 horas, no caso de uma parada. "A manutenção preventiva é importante aqui porque permite que as chamadas de serviço sejam planeadas ainda mais cedo. A máquina só é desligada durante o curto período de manutenção, tornando os longos tempos de inatividade uma coisa do passado. Estamos convencidos de que essa tecnologia prevalecerá no mercado do ar comprimido e estabelecerá novos parâmetros de referência".
BOGE - Líder de mercado para compressores
Com mais de 110 anos de experiência, Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG é um dos mais antigos fabricantes de compressores e sistemas de ar comprimido na Alemanha. A empresa constrói compressores de pistão, parafuso, deslize e turbo que são usados principalmente em tecnologias da medicina e na indústria alimentícia e farmacêutica. Eles também são usados no importante mercado automóvel e na construção de máquinas.
A empresa familiar ativa internacional emprega 850 pessoas, cerca de 490 delas em sua sede em Bielefeld, e fornece seus produtos e sistemas para mais de 120 países em todo o mundo.